Ingombro della macchina ridotto del 60
Grazie all'IO-Link, il sistema è più efficiente e decisamente più poco ingombrante.
Industria:Industria alimentare e degli imballaggi |Cliente:Triangle Package Machinery
Per soddisfare le richieste dei clienti di macchine più piccole ed efficienti che soddisfino anche i requisiti di progettazione igienica, Triangle Package Machinery Company cercava due soluzioni in una. L'azienda di Chicago, che produce macchine verticali per la formatura, il riempimento e la sigillatura principalmente per l'industria del confezionamento alimentare, ha integrato l'architettura di controllo e i sensori IO-Link di Balluff nella sua nuova macchina Compact Sanitary Bagger (CSB) per semplificare l'architettura della macchina e del controllo. Grazie all'integrazione di IO-Link di Balluff, l'azienda è riuscita a ridurre significativamente l'ingombro, il cablaggio e le dimensioni del pannello, a migliorare le caratteristiche igieniche e ad aumentare la manutenibilità del suo ultimo progetto di macchina modulare.
Nel settore del confezionamento, lo spazio a terra costa. Più ampia è la macchina, meno linee possono essere gestite. Triangle Package Machinery, produttore di macchine verticali form-fill-seal con sede a Chicago, ha affrontato una sfida unica da parte dei suoi clienti nel settore delle insalate. Le ricerche condotte da Triangle presso i suoi clienti hanno rivelato che essi necessitavano di un elevato tasso di produzione per linea, ma di una velocità della macchina più bassa per consentire alle verdure a foglia di cadere piacevolmente nella busta. Per soddisfare questa esigenza, il team di ricerca e sviluppo di Triangle ha sviluppato il nuovo Compact Sanitary Bagger (CSB), abbastanza stretto da poter installare due macchine per linea in configurazione doppia.
Triangle conosce molto bene i requisiti dell'industria dell'imballaggio alimentare. Un design igienico è d'obbligo, quindi il team Triangle ha optato per un solido telaio in acciaio inox completamente saldato con barre rotonde, in modo che nessun residuo di prodotto possa accumularsi in nessun punto. La centralina di controllo delle macchine per il confezionamento di sacchetti verticali VFFS (Vertical Form, Fill and Seal) di Triangle si trova su un lato del telaio. Questa configurazione era vantaggiosa per la pulizia e la manutenzione, ma rendeva la macchina larga circa 60 pollici. La progettazione di una macchina più stretta richiedeva un approccio diverso.
Nel corso di una gara d'appalto sono state selezionate tre aziende che disponevano della tecnologia e del supporto necessari per aiutare Triangle a realizzare un nuovo progetto. L'azienda ha scelto Balluff. Balluff dispone di un'ampia e crescente libreria di sensori IO-Link e la reputazione di Balluff in termini di assistenza ha reso la scelta sicura. Il fattore decisivo, tuttavia, è stato il blocco di dispositivi master IO-Link in acciaio inox di Balluff con protezione IP69K. Con un blocco I/O conforme ai requisiti USDA/3A, alcuni componenti potevano essere rimossi dall'armadio di controllo e riposizionati sulla macchina.
"In genere, le scatole di controllo sono più grandi del necessario", afferma Wolf, responsabile ricerca e sviluppo di Triangle. "La scatola di controllo che usiamo normalmente non viene sfruttata appieno quando si acquista una macchina standard. Ma quando si aggiunge un applicatore di cerniere o (altre) funzioni, si aggiungono tre o quattro servocomandi e la centralina di controllo viene sfruttata appieno". Questo spiega l'ampia scatola di controllo girevole di cui sono dotate le grandi insaccatrici VFFS di Triangle.
Queste opzioni richiedono un cablaggio, compresi i cavi che prima passavano nella scatola di controllo. Utilizzando il blocco principale in acciaio inox e il mozzo in acciaio inox di Balluff, Triangle è riuscita a ridurre il numero di cavi che entravano nella scatola di controllo da 40-50 a circa 25. Questo ha permesso di ridurre le dimensioni della scatola di controllo. Ciò ha permesso di ridurre del 50% le dimensioni della centralina di controllo e di montarla all'interno della macchina. Grazie all'espandibilità di IO-Link, è possibile aggiungere funzioni opzionali senza dover passare ulteriori cavi alla centralina di controllo, sia durante l'installazione iniziale che in caso di retrofit. Triangle dispone ora di una scatola di controllo standard che può essere prodotta in quantità e tenuta a magazzino, riducendo i tempi di installazione.
Con una scatola di controllo ridotta al minimo, è stato possibile costruire il CSB con una larghezza di soli 36 pollici e produrre comunque un sacco largo 13 pollici. Il CSB è largo circa il 60% in più rispetto al modello XM esistente e produce un sacco grande il 90%. Il progetto ha migliorato anche l'ergonomia della CSB. L'altezza di scarico standard è stata aumentata in modo che il CSB possa essere integrato in trasportatori igienici che devono essere più alti da terra.
"Ora lavoriamo con la consapevolezza che praticamente ogni centralina di controllo è progettata specificamente per il cliente che ha acquistato quella macchina. Quindi, se si pensa che ogni volta che si cambia configurazione sono necessari nuovi disegni elettrici e nuovi elenchi di parti, si può immaginare la complessità della progettazione e dell'assemblaggio di queste macchine". "E le configurazioni sono molteplici: Le opzioni standard comprendono il raffreddamento, i disaeratori, i deflettori, gli stacker e le interfacce con le etichettatrici o i datari, ma anche opzioni speciali come la saldatura a ultrasuoni, tre tipi di ganasce di saldatura, tre tipi di motori, la registrazione, il rilevamento dei bordi del nastro e le luci di impilamento. Il numero di varianti può arrivare a decine di migliaia.
Il CSB è progettato per l'installazione di due macchine affiancate. Questa doppia configurazione consente di sfruttare al meglio lo spazio disponibile. Inoltre, i clienti dell'industria delle insalate possono posizionare una singola pesatrice sopra due macchine, consentendo loro di far funzionare ciascuna macchina a 60-70 sacchi al minuto, il che equivale a una produzione totale fino a 140 sacchi al minuto.
IO-Link ha permesso a Triangle di sviluppare una macchina con queste caratteristiche e dimensioni, ma la decisione di utilizzare IO-Link non era scontata. IO-Link è uno standard aperto, quindi i prodotti IO-Link sono sviluppati da molte aziende diverse. Da questo punto di vista è simile all'USB, ma molti altri standard aperti non sono stati pienamente adottati dal mercato e hanno perso il supporto. Il team di Triangle ha concluso che IO-Link è uno standard maturo e che il mercato IO-Link è abbastanza maturo per sceglierlo. L'ampiezza del portafoglio IO-Link di Balluff ha contribuito a questa decisione.
Un altro aspetto interessante di IO-Link è che i segnali analogici possono essere aggiunti senza costi aggiuntivi significativi. Il cablaggio viene collegato a un hub invece di essere indirizzato alla centralina di controllo. Ciò consente di aggiungere ulteriori opzioni ed espansioni future dei controlli senza dover riprogettare la centralina. Inoltre, i dati digitalizzati inviati tramite IO-Link aprono nuove possibilità di risoluzione dei problemi.
Un esempio della capacità di IO-Link di convertire le configurazioni in ricette è il braccio ballerino, che mantiene la tensione corretta sul film da imballaggio mentre si svolge dalla bobina. Il metodo precedente di Triangle utilizzava un sensore analogico che doveva essere configurato dal tecnico dell'assistenza durante l'installazione iniziale. Il tecnico doveva modificare la posizione fisica del sensore per calibrare la posizione iniziale. Utilizzando un sensore IO-Link Balluff sul cilindro dell'aria, il tecnico che installa la macchina tira il ballerino in una posizione e fa clic su "Teach": la configurazione è completa. Poiché un sensore IO-Link misura l'intera corsa del cilindro, non è necessario impostare manualmente il sensore.
IO-Link consente la diagnostica a livello di dispositivo, in modo che gli utenti sappiano, ad esempio, se un fotosensore è sporco. Triangle utilizza inoltre i dati IO-Link per raccogliere dati diagnostici sulla macchina nel suo complesso. Il cilindro di tenuta posteriore del CSB è stato dotato di un sensore di posizione, cosa che in passato non sarebbe stata possibile a causa del costo elevato. Utilizzando un cilindro con un sensore di posizione, Triangle ha potuto riprogettare l'assemblaggio del back-seal e semplificare la configurazione quando si cambia la dimensione del sacco e si sostituisce il tubo dello stampo. Inoltre, consente di monitorare la velocità operativa e l'uniformità del tempo di saldatura meglio di prima.
"Se rileviamo una perdita del cilindro, possiamo utilizzare i sensori per riconoscerla e avvisare il cliente in modo che possa sostituire il cilindro", afferma Wolf.
La posizione in cui il cilindro deve fermarsi varia a seconda delle dimensioni della bombola d'aria. Triangle ha aggiunto un sensore continuo per consentire ai clienti di monitorare il tempo di tenuta, un parametro critico, sull'intera gamma senza dover cambiare la configurazione hardware quando si sostituisce il tubo dello stampo. "Il programmatore monitora effettivamente il tempo di contatto della guarnizione con il film, che è il parametro più critico. Senza il sensore, bisogna credere che la valvola si muova. Ma qui ne abbiamo la conferma", ha detto Wolf. Senza il sensore che fornisce queste informazioni, sarebbe necessario un servomotore.
Con l'evoluzione del programma PLC della macchina, saranno disponibili ulteriori funzioni di manutenzione predittiva. Ciò significa che quando un cliente ha bisogno di aiuto, il personale di assistenza di Triangle può collegarsi in remoto e visualizzare lo stato della macchina senza doversi recare fisicamente sul posto. Ciò significa che la risoluzione dei problemi può essere effettuata entro 30 minuti, invece di aspettare che qualcuno raggiunga il cliente in aereo o in auto.
Per Wolf, il termine "CSB" come macchina intelligente suona come gergo di marketing e Triangle non ha ancora riconosciuto tutti i vantaggi di IO-Link. Non tutti i clienti sono ugualmente disposti a sfruttare i vantaggi dell'Industrial Internet of Things. A volte la percezione è che una maggiore tecnologia renda la macchina più difficile da utilizzare o richieda una maggiore formazione.
Il nuovo design "Smart Machine Ready" di Triangle rappresenta già un miglioramento per il team Triangle. E quando gli utenti finali saranno pronti a utilizzare tutte le funzionalità, l'azienda sarà pronta ad aiutarli a lavorare in modo più rapido ed efficiente con le soluzioni IO-Link di Balluff.